Tratamiento de señales de radionavegación utilizando una combinación widelane.

Procedimiento de tratamiento de señales de radionavegación procedentes de un conjunto de satélites,

del quecada satélite difunde por lo menos una primera señal de radionavegación a una primera frecuencia y una segundaseñal de radionavegación a una segunda frecuencia distinta de la primera, comprendiendo el procedimiento, a nivelde receptor, las acciones de:

a) recibir, para cada satélite de dicho conjunto, dichas primera y segunda señales;

b) efectuar, para cada satélite de dicho conjunto, unas mediciones no diferenciadas de código y de fase dedichas primeras y segundas señales recibidas (10), presentando dicha medición de fase de la primera señal ydicha medición de fase de la segunda señal, cada una, una ambigüedad entera desconocida a priori, demanera que la combinación widelane de las mediciones de fase de las primera y segunda señales presentatambién una primera ambigüedad widelane entera desconocida a priori;

c) determinar las primeras ambigüedades widelane de manera coherente en el conjunto de satélites utilizandounas desviaciones widelane, recibidas desde un sistema de referencia, asociadas a los satélites de dichoconjunto de satélites (12, 13, 14), y

d) fijar la posición del receptor (18) con ayuda de dichas mediciones de código y de fase de las primeras ysegundas señales recibidas así como de las primeras ambigüedades widelane determinadas de maneracoherente en el conjunto de satélites,

caracterizado porque la acción de fijar la posición del receptor comprende, para cada satélite de dicho conjunto desatélites, la determinación (16) de una pseudodistancia por medio de una combinación iono-free de dichasmediciones de código y de la diferencia de las mediciones de fase de las primera y segunda señales, compensadapor la ambigüedad widelane, siendo dicha combinación iono-free optimizada en términos de ruido, basándose ladeterminación de la pseudodistancia además en unos valores de reloj de satélite, recibidos desde un sistema dereferencia, asociados a dicha combinación iono-free.

Tratamiento de señales de radionavegación utilizando una combinación widelane.

Campo técnico La presente invención se refiere al campo de los sistemas de radionavegación o de posicionamiento por satélite, en particular a un procedimiento de tratamiento de las señales de radionavegación emitidas por satélites de un sistema de este tipo.

Estado de la técnica Los sistemas de posicionamiento por satélite como GPS (Global Positioning System) , Galileo, GLONASS, QZSS, Compass, IRNSS y otros utilizan señales de radionavegación moduladas denominadas “de espectro ensanchado”. Estas señales transportan esencialmente unos códigos pseudoaleatorios formados por secuencias numéricas que se repiten periódicamente, cuya función principal es permitir un acceso múltiple por división de código (CDMA) y el suministro de una medición del tiempo de propagación de la señal emitida por el satélite. De manera accesoria, las señales de radionavegación pueden transportar asimismo una carga útil.

Las señales de radionavegación están formadas por modulación de las frecuencias centrales (portadoras) . En el caso de GPS, las señales de radionavegación se transmiten en las bandas de frecuencias L1, centrada en 1575, 42 MHz y L2, centrada en 1227, 6 MHz. Durante la modernización de GPS, se añadirá la banda L5, centrada en 1176, 45 MHz. Los satélites de la constelación Galileo transmitirán en las bandas E2-L1-E1 (siendo la parte de banda media L1 la misma que la del GPS) , E5a (que, según la nomenclatura Galileo, representa la banda L5 prevista para el GPS) , E5b (centrada en 1207, 14 MHz) y E6 (centrada en 1278, 75 MHz) .

Las mediciones elementales que puede efectuar un receptor comprenden las mediciones de código y las mediciones de fase de portadora. Estas mediciones elementales se pueden combinar evidentemente entre sí. Las mediciones de código normalmente son de una precisión métrica mientras que las mediciones de fase son de una precisión de algunos mm. Ahora bien, las mediciones de fase adolecen de la desventaja de que sólo entregan la parte fraccionaria de la diferencia de fase de la portadora entre la emisión por el satélite y el receptor. Por tanto, las mediciones de fase son ambiguas en el sentido de que el número de ciclos enteros entre el satélite y el receptor se desconoce al principio. Con el fin de poder beneficiarse de la precisión de las mediciones de fase, un receptor debe resolver las ambigüedades por las que están afectadas.

La resolución de las ambigüedades de fase se efectúa normalmente por diferenciación de las mediciones de fase (diferenciación simple o doble) entre satélites y/o entre receptores. Esta técnica de diferenciación permite eliminar causas de error (no modelizadas) comunes a varias mediciones, y permite por tanto hacer aparecer una información entera, cuya consideración mejora adicionalmente los rendimientos. Sin embargo, esta información entera consiste en diferencias de una o varias ambigüedades de fase elementales y no permite, en general, remitirse a las ambigüedades de fase elementales.

D. Laurichesse et al., “Real Time Zero-Différence Ambiguities Fijing and Absolute RTK”, Proc. del National Meeting of the ION de 2008, describe un procedimiento de resolución de las ambigüedades de fase de portadora GPS con respecto a las mediciones no diferenciadas de código y de fase de las señales.

Objetivo de la invención La presente invención tiene como objetivo proponer un procedimiento de tratamiento de señales de radionavegación, con ayuda del cual un receptor GNSS (de “Global Navigation Satellite System” - abreviatura utilizada en este caso para designar un sistema de navegación por satélite que proporciona una cobertura global de geoposicionamiento) puede aumentar la precisión de la solución de posicionamiento.

Descripción general de la invención En la continuación de la descripción, se presupone un conjunto de satélites (por ejemplo, los satélites de una constelación de satélites de radionavegación que son “visibles” desde el lugar geográfico en el que se encuentra el receptor o una parte de éstos) , cuyos satélites emiten cada uno por lo menos dos señales de radionavegación en bandas de frecuencia distintas. Por tanto, cada satélite emite por lo menos una primera señal de radionavegación a una primera frecuencia y una segunda señal de radionavegación a una segunda frecuencia distinta de la primera. El receptor que debe fijar su posición geográfica recibe las primera y segunda señales para cada satélite del conjunto considerado y efectúa, también para cada satélite del conjunto, unas mediciones no diferenciadas de código y de fase de estas señales. Se observa en este caso que el término “medición no diferenciada” se utiliza en este contexto para designar una medición elemental, que no está diferenciada ni entre satélites ni entre receptores. Es conocido perfectamente que las mediciones de fase presentan, cada una, una ambigüedad entera desconocida a priori. Resulta de esto que para cada satélite, la combinación “widelane” de las mediciones de fase de las primera y segunda señales presenta también una ambigüedad entera desconocida a priori. Esta ambigüedad se puede expresar en ciclos de la frecuencia de diferencia de las primera y segunda frecuencias y se denominará en adelante primera ambigüedad widelane (para distinguirla de una o de varias eventuales otras ambigüedades widelane que sobrevienen cuando hay más de dos bandas de frecuencias en las que los satélites emiten señales de radionavegación) . Se debe observar asimismo que para cada satélite del conjunto considerado se obtiene una primera ambigüedad widelane asociada a este satélite.

Según la invención, el procedimiento de tratamiento de las señales de radionavegación comprende además la etapa de determinar las primeras ambigüedades widelane de manera coherente en el conjunto de satélites. El receptor que debe fijar su posición utiliza, en esta etapa, desviaciones widelane, recibidas desde un sistema de referencia, asociadas a los satélites del conjunto de satélites. El procedimiento comprende asimismo la etapa de fijar a continuación la posición del receptor con ayuda de las mediciones de código y de fase de las primeras y segundas señales recibidas, así como del juego de primeras ambigüedades widelane determinadas de manera coherente. La acción de fijar la posición del receptor comprende, para cada satélite del conjunto, la determinación de una pseudodistancia por medio de una combinación iono-free, optimizada en cuanto a ruido, de las mediciones de código y de la diferencia de las mediciones de fase de las primera y segunda señales, compensada por la ambigüedad widelane. La determinación de la pseudodistancia se basa además en unos valores de reloj de satélite, recibidos desde un sistema de referencia, asociados a la combinación iono-free. La combinación iono-free está predeterminada en el sentido de que los coeficientes de los diferentes términos de la combinación se conocen en el lado del sistema de referencia, siendo necesario el conocimiento a nivel de sistema de referencia de los coeficientes para que el sistema de referencia pueda transmitir al receptor los valores de reloj de satélite asociados a la combinación óptima, al ritmo necesario. Los coeficientes de la combinación optimizada pueden estar convenidos de antemano entre el receptor y el sistema de referencia o fijarse de una vez por todas para el conjunto de los satélites. Los valores numéricos de estos coeficientes se eligen preferentemente en función de las características de ruido de las señales de radionavegación.

Se debe apreciar que el procedimiento según la invención permite librarse de resoluciones complejas en red para identificar una parte de las ambigüedades elementales. La consecuencia del conocimiento del juego de ambigüedades widelane enteras coherentes es que se dispone directamente a nivel del receptor de una nueva variable observable no ambigua (a saber, la diferencia entre las mediciones de fase, compensada por la ambigüedad widelane) en más de las dos mediciones de código en cada frecuencia. Un análisis de las combinaciones de estas tres variables observables muestra que es posible construir entonces una combinación que proporciona una pseudodistancia corregida de los efectos ionosféricos (por tanto “iono-free”) con menos ruido que las combinaciones que utilizan únicamente las mediciones de código. Además, esta combinación es menos sensible a los trayectos múltiples debido a que se basa en mediciones de fase.

Se puede generalizar el procedimiento para sistemas con más frecuencias, por ejemplo en el caso de Galileo. Para... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de tratamiento de señales de radionavegación procedentes de un conjunto de satélites, del que cada satélite difunde por lo menos una primera señal de radionavegación a una primera frecuencia y una segunda señal de radionavegación a una segunda frecuencia distinta de la primera, comprendiendo el procedimiento, a nivel de receptor, las acciones de:

a) recibir, para cada satélite de dicho conjunto, dichas primera y segunda señales;

b) efectuar, para cada satélite de dicho conjunto, unas mediciones no diferenciadas de código y de fase de dichas primeras y segundas señales recibidas (10) , presentando dicha medición de fase de la primera señal y dicha medición de fase de la segunda señal, cada una, una ambigüedad entera desconocida a priori, de manera que la combinación widelane de las mediciones de fase de las primera y segunda señales presenta también una primera ambigüedad widelane entera desconocida a priori;

c) determinar las primeras ambigüedades widelane de manera coherente en el conjunto de satélites utilizando unas desviaciones widelane, recibidas desde un sistema de referencia, asociadas a los satélites de dicho conjunto de satélites (12, 13, 14) , y

d) fijar la posición del receptor (18) con ayuda de dichas mediciones de código y de fase de las primeras y segundas señales recibidas así como de las primeras ambigüedades widelane determinadas de manera coherente en el conjunto de satélites,

caracterizado porque la acción de fijar la posición del receptor comprende, para cada satélite de dicho conjunto de satélites, la determinación (16) de una pseudodistancia por medio de una combinación iono-free de dichas mediciones de código y de la diferencia de las mediciones de fase de las primera y segunda señales, compensada por la ambigüedad widelane, siendo dicha combinación iono-free optimizada en términos de ruido, basándose la determinación de la pseudodistancia además en unos valores de reloj de satélite, recibidos desde un sistema de referencia, asociados a dicha combinación iono-free.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la determinación de las primeras ambigüedades widelane de manera coherente en el conjunto de satélites comprende:

la recepción de desviaciones widelane asociadas a los satélites de dicho conjunto de satélites por parte de un sistema de referencia (13) ;

para cada satélite de dicho conjunto de satélites, el cálculo de un valor estimado de la primera ambigüedad widelane (12) según la ecuación:

en la que N designa dicho valor estimado de la primera ambigüedad widelane,

w

P1 y P2 designan las mediciones de código de las primera y segunda señales, respectivamente, L1 y L2 designan las mediciones de fase de las primera y segunda señales, respectivamente, A1 y A2 designan las longitudes de onda de las primera y segunda señales, respectivamente,

y ê una estimada del retardo ionosférico que se debe tener en cuenta para la primera señal; para cada satélite de dicho conjunto de satélites, modelización de la primera ambigüedad widelane mediante

en la que Nw designa la primera ambigüedad widelane, d designa un término de corrección geométrica,

!sat designa la desviación widelane asociada al satélite respectivo,

!rec designa la desviación widelane asociada al receptor, común a todas las primeras ambigüedades widelane;

e identificar un juego de valores enteros de las primeras ambigüedades widelane que son conformes a dicha modelización para el conjunto de satélites (14) .

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la identificación de dichos valores enteros (14) se realiza con ayuda de simples diferencias, entre satélites, de las modelizaciones de las primeras ambigüedades widelane.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichas primera y segunda frecuencias se eligen de entre las frecuencias L1, L2, L5 y E6.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que cada satélite de dicho conjunto difunde una tercera señal de radionavegación a una tercera frecuencia distinta de las primera y segunda frecuencias,

en el que,

para cada satélite de dicho conjunto, también se recibe dicha tercera señal;

se efectúan para cada satélite de dicho conjunto unas mediciones no diferenciadas de código y de fase de dicha tercera señal recibida, presentando dicha medición de fase de la tercera señal una ambigüedad entera desconocida a priori, de manera que la combinación widelane de las mediciones de fase de las primera y tercera señales presenta una segunda ambigüedad widelane entera desconocida a priori;

las segundas ambigüedades widelane se determinan de manera coherente en el conjunto de satélites; y

la acción de fijar la posición del receptor se realiza también con ayuda de las mediciones de código y de fase de las terceras señales así como de las segundas ambigüedades widelane determinadas de manera coherente en el conjunto de satélites.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la determinación de las segundas ambigüedades widelane de manera coherente en el conjunto de satélites se efectúa de manera análoga a la determinación de las primeras ambigüedades widelane de manera coherente en el conjunto de satélites.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 o 6, en el que dicha tercera frecuencia se elige de entre las frecuencias L1, L2, L5 y E6.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que entre dichas mediciones no diferenciadas de código por lo menos una presenta un ruido inferior a 0, 5 m, preferentemente inferior a 0, 25 m.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que cada una de dichas mediciones no diferenciadas de código presenta un ruido superior a 0, 5 m.

10. Receptor GNSS, caracterizado porque comprende unos medios configurados para la realización del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Receptor GNSS según la reivindicación 10, comprendiendo los medios para la realización del procedimiento un programa, almacenado en una memoria del receptor, configurado de manera que haga funcionar al receptor según el procedimiento cuando el programa se ejecuta en el receptor.